智能水凝胶的最新研究进展

冯亚莉

摘 要 本文主要对智能水凝胶的分类和制备方法进行了简单介绍，并概述了智能水凝胶在药物控释、酶的固定、生物支架材料以及农林业等方面的应用。

关键词 智能水凝胶 分类 制备方法 应用

中图分类号：O648 文献标识码：A

水凝胶是一类具有三维网络结构的亲水性高分子材料，能够在水中显著溶胀但不溶解。根据对外界刺激的响应情况，水凝胶主要分为传统水凝胶和智能水凝胶。其中智能水凝胶在药物控释、酶的固定和生物工程材料等众多领域均有广泛的应用。

1智能水凝胶的分类

根据对外界环境刺激的响应程度，智能水凝胶通常分为温敏型水凝胶、pH敏感型水凝胶、光敏型水凝胶、电敏型水凝胶以及多重敏感型水凝胶等。

1.1温敏型水凝胶

温敏型水凝胶的溶胀性会随外界环境温度的改变而改变。传统温敏型水凝胶多采用丙烯酰胺为原料，具有一定的毒性且不易降解。现在更多采用的是具有生物相容性、可降解性的壳聚糖、纤维素和海藻酸钠等天然高分子材料来进行制备。Scherman等制备的温敏型水凝胶具有可逆性，因此表现出了动态的温度响应特性。

1.2 pH敏感型水凝胶

pH敏感型水凝胶的溶胀性会随外界环境pH值的改变而改变。pH敏感型水凝胶中含有大量易水解或质子化的酸、碱基团，如羧基和氨基，这些基团的解离易受外界环境pH值的影响。pH敏感型水凝胶一般分为阴离子型pH敏感水凝胶、阳离子型pH敏感水凝胶和两性离子型pH敏感水凝胶。Kang等利用链转移自由基聚合反应制备了具有pH和温度双重敏感性的智能水凝胶。

1.3光敏型水凝胶

当受到光刺激后，光敏型水凝胶的溶胀性会发生显著的改变。一般地，在胶体的制备过程中，引入对光敏感的基团或是发色基团，制得的水凝胶即具有光敏性。例如Jiang等制备了具有光响应性的准轮烷水凝胶，这种制备方法为准轮烷系统的应用提供了一个崭新的研究平台。

1.4电敏型水凝胶

电敏型水凝胶的溶胀性会随外加直流电场的改变而改变。电敏型水凝胶溶胀性的改变一般指的是电收缩现象，会有水分从胶体内出来。例如管娟等通过将大豆蛋白（SPI）和羧甲基壳聚糖（CMCS）进行溶液共混，并以环氧氯丙烷作为交联剂，成功制备了该类水凝胶。在电场的作用下，这种水凝胶表现出很好的电场敏感性。

2智能水凝胶的制备方法

2.1交联聚合法

一般地，交联聚合法是指在交联剂的作用下，由单体经自由基均聚或共聚而制得高分子水凝胶。这种方法使用的单体一般有醋酸乙烯酯系列、丙烯酸系列等，用到的交联剂主要是N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酸聚乙二醇酯等。例如徐盈佳等采用水溶液自由基聚合法制备了聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPA）。

2.2接枝共聚法

接枝共聚法指的是用共价键连接a-烯烃类单体来制备高分子水凝胶。目前最常用的单体主要是丙烯酸、丙烯胺和丙烯酰胺等，引发剂主要是硝酸铈铵以及复合引发剂，也可用过氧化物、氧化还原引发剂等。例如El-Zawawy等通过把乙烯醇和丙烯酰胺接枝到造纸废料中的纸浆黑液上制得了溶胀性能较好的环保型水凝膠。

2.3互穿网络法

互穿网络法指的是高分子聚合物间通过网络互穿的方式来制备智能水凝胶。与其它制备水凝胶的方法相比，互穿网络技术的主要优势是能使两种或两种以上的功能和性能均不同的聚合物进行稳定的结合。

3智能水凝胶的应用

由于能够对环境刺激产生响应，智能水凝胶在药物控释、组织材料、生物工程、农林业等很多领域的应用都表现突出。

智能水凝胶用于药物控释方面的优势是能够根据人体环境的不同变化来控制药物的释放速率，并能延长药物在治疗或吸收部位的停留时间，从而能有效地治疗疾病。例如Juntanon等以PVA作为基质，磺基水杨酸为模型药物合成了电敏型载药水凝胶。这类水凝胶可以通过调节电场强度或改变电极来控制药物的释放速率。

智能水凝胶在酶的固定、生物工程材料、农林业方面等领域也有非常广泛的应用。例如利用智能水凝胶作为基质制备可溶性固定化酶，可有效克服传统酶固定方法的不足；利用智能水凝胶制备的生物工程材料具有良好的生物相容性和活性。

综上所述，智能水凝胶材料具有很多优点，然而也有不足之处，如机械强度差，响应速率慢，性能不稳定等。因此对于其性能的改善还有许多工作要做。这就促使人们在今后要对智能水凝胶的各种性能进行进一步的研究和探索，制备出性能更优异的智能水凝胶。

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